CN1980180A - 线速率学习和查找二层转发表项的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种线速率学习和查找二层转发表项的方法,包括将以太网帧介质访问控制层的源MAC地址或目的MAC地址与VLAN ID标识号相加,构成一个具有特定比特位的关键字;将所述关键字进行逻辑运算,得到的结果作为索引值,所述索引值对应二层转发表的区块地址,用于解决地址冲突;根据所述索引值学习组成二层转发表和查找二层转发表。本发明的线速率学习和查找二层转发表项的系统包括输入单元、计算单元、逻辑运算单元、标记表寄存器、比较控制单元、学习单元和查找单元。本发明学习和查找的效率高于传统的基于的链表逐级查找算法,采用{VLAN_ID+MAC}作为关键字进行学习和查找操作,使二层转发表具有独立的VLAN学习(IVL)功能,提高了学习和查找的效率。
Description
技术领域
本发明涉及以太网数据交换技术领域,特别涉及交换芯片中一种二层表项的学习和查找的方法和系统。
背景技术
在以太网交换芯片中,实现二层转发表的学习、查找功能时,为了提高查找效率和降低内存的使用空间,大多采用哈希算法,哈希查找的时间和内存使用的空间是影响二层转发表查找速率的关键因素,哈希算法是对介质访问控制层的MAC地址进行哈希逻辑运算,得到二层转发表的索引值,用链表来解决冲突的产生,也就是建立一个一级、二级、三级或更多级的转发表,将哈希算法得到的结果作为索引值,逐级查找转发表,采用这种方法在降低内存的使用上起到了一些作用,但在查找效率上,由于有时需要进行多级的多次查找才能最后确定是否此次查找是否成功,因此会使其查找效率降低。在高速的以太网交换芯片中,目前这种方法已很难满足线速率的查找转发要求,同时随着存取器价格的大幅下降,其在内存的使用率上也不具有优势了,因而可以适当加大存取表项的存取空间,使其在查找转发的时间上取的更高的效率。
图1是传统的基于链表的学习和逐级查找转发表的方法示意图。如图1所示,在学习过程中,根据给定的源MAC地址,进行异或等逻辑哈希运算,得到一个对应与二层转发表的索引值,将学习到的结果写入到该索引值对应的表项中,在写入之前,需要对该索引值对应的表项内容进行分析,判断该表项中是否已有有效表项存在,如没有,则可以直接写入该索引值对应的表项中;如有,还需比较其MAC地址与给定的源MAC地址是否相等,如相等,则可以直接写入;如不相等,即有冲突的情况发生,则需在该表项中加入链接的标识和下一级链接的指针,将其写入到下一级指针指示的地址对应的表项中,在这一过程中,还需重复以上的判断分析过程,直到满足写入条件为止,即没有冲突的情况出现,将学习到的结果写入到最后的满足写入条件的表项中。该方法在逐级查找转发表过程中,其查找的操作与其学习的操作类似,是将给定的目的MAC地址,进行异或等逻辑哈希运算,得到一个对应与二层转发表的索引值,读取该索引值对应的表项,对其表项内容进行分析,判断该表项中是否为有效表项,若是,则比较其MAC地址与给定的目的MAC地址是否相等,若相等,则查找成功,可得到转发的出端口号,如不相等,即有冲突的情况发生,则需判断该表项中是否有链接的标识和下一级链接的指针,若没有,则查找失败,若有,则根据下一级指针指示的地址,读取对应的表项中,在这一过程中,还需重复以上的判断分析过程,直到满足查找结束条件为止,即没有冲突的情况出现,查找到转发的出端口号或查找失败。
从上述对基于链表方法的学习和逐级查找转发表过程的分析,可以看出其最大的缺点在于:当有冲突情况发生时,二层转发表的学习和查找过程,将需要多次的访问表的操作,同时也需要对相应表项的链接标识和链接指针进行修改操作,这将使二层转发表的学习和查找过程需要更多时间,尤其是在MAC地址分布不均匀或过于集中的情况下,采用异或的运算规则,会使冲突出现的情况更加严重,二层转发表的学习和查找过程所需时间会更多。并且仅基于MAC地址构成的二层转发表还不具有独立的VLAN学习(IVL)功能。
发明内容
因此,本发明的目的是一种提供线速率学习和查找二层转发表项的方法和系统,用于代替以前的基于链表的学习和逐级查找转发表的方法,以提高其学习和查找的效率。
为解决上述问题,本发明的线速率学习和查找二层转发表项的方法包括:
将以太网帧的介质访问控制层的源MAC地址或目的MAC地址与VLAN ID标识号相加,构造成一个具有特定比特位的关键字;
将所述关键字进行逻辑运算,逻辑运算后得到的结果作为索引值,所述索引值对应二层转发表的区块地址,用于解决地址冲突;
根据所述索引值学习组成二层转发表和查找二层转发表。
将所述二层转发表按需求分为若干区块,每个区块包括8条表项的空间,用于解决地址冲突的发生,二层转发表的区块地址与关键字进行逻辑运算得到的结果进行对应。
所述的二层转发表的区块还包括每个区块中表项的有效标记,用于标记该区块中有效的表项数目。
所述学习组成二层转发表的方法包括:
将以太网帧的介质访问控制层的源MAC地址,加上VLAN ID标识号,构造成一个特定长度比特位的关键字,将此关键字进行逻辑运算,将得到的结果作为标记表中区块的索引值;
将标记表中有效的{VLAN_ID+MAC}与给定的{VLAN_ID+MAC}作并行比较,判断是否相等;
若相等,则将学的结果写入对应二层转发表的表现中,其中学习到的结果即源MAC地址对应的端口号;
若不相等,则将给定的{VLAN_ID+MAC}写入到有效的数目加一对应的标记表的表项中,同时将学习到的结果写入到其对应的二层转发表的表项中,其中学习到的结果即源MAC地址对应的端口号。
所述查找二层转发表的方法包括:将以太网帧的介质访问控制层的目的MAC地址,加上VLAN ID标识号,构造成一个特定长度比特位的关键字,将此关键字进行与学习过程同样的逻辑运算,将得到的结果作为标记表中区块的索引值;根据索引值查找二层转发表中的与之对应的标记表的区块,读取对应的标记表中的表项,判断有效的表项数目是否为零,同时将给定的{VLAN_ID+MAC}与标记表中有效的{VLAN_ID+MAC}作并行比较,判断是否有相等;如有效的表项数目不为零,并且有相等的存在,则本次查找成功,可将对应的二层转发表的表现读取,从中得到转发的出端口号;如有效的表项数目为零,或不为零但不相等,则本次查找失败,需依据预先设定的规则作另外的处理。
对关键字进行逻辑运算是冗余循环CRC-16的逻辑运算。
冗余循环CRC-16的逻辑运算是并行的CRC-16算法。
相应地,本发明提供的线速率学习和查找二层转发表项的系统包括:输入单元、计算单元、逻辑运算单元、学习单元和查找单元,其中所述输入单元用于获取以太网帧的介质访问控制层的源MAC地址或目的MAC地址与VLANID标识号;计算单元用于将以太网帧的介质访问控制层的源MAC地址或目的MAC地址与VLAN ID标识号相加,构造成一个具有特定比特位的关键字;逻辑运算单元用于将所述关键字进行逻辑运算,逻辑运算后得到的结果作为索引值输入二层转发表学习单元和二层转发表查找单元;学习单元和查找单元用于根据所述索引值学习组成二层转发表和查找二层转发表。
所述的线速率学习和查找二层转发表项的系统还包括标记表寄存器和比较控制单元,其中所述标记表寄存器包括MAC地址、VLAN-ID和有效位;所述比较控制单元在学习时将关键字逻辑运算的结果与标记表中有效的数目作并行比较,在查找时读取对应的标记表,并将给定的{VLAN_ID+MAC}与标记表中有效的{VLAN_ID+MAC}作并行比较。
由于采用了上述技术方案,与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明采用{VLAN_ID+MAC}作为关键字进行学习和查找二层转发表的表项,对关键字的运算采用并行冗余循环CRC-16的逻辑运算,该方法与传统的基于链表的学习和逐级查找转发表的方法不同,其主要区别在于:
1)关键字的选取不同,以前大多采用的关键字是MAC地址,本发明是采用{VLAN_ID+MAC}作为关键字,其优点是使二层转发表具有独立的VLAN学习(IVL)功能。
2)不采用链表的方式来构造二层转发表,本发明将二层转发表按需求的大小分成若干区块,每个区块由8条表项组成,对关键字逻辑运算的结果对应区块地址,而不是直接对应某一条表项,与区块对应的有一个标记区块中存在的有效表项数目的标记表,当学习时,根据对关键字逻辑运算的结果先一次读取对应的标记表,看标记表中有效的数目,作并行比较,看是否有相等的,如有,则将学的结果写入对应二层转发表的表现中,如没有,则将学的结果写入到有效的数目加一对应的二层转发表的表现中;当查找时,先一次读取对应的标记表,并将给定的{VLAN_ID+MAC}与标记表中有效的{VLAN_ID+MAC}作并行比较,看是否有相等的,如有,则可将对应二层转发表的表现读取,得到转发的出端口号,如没有,则本次查找失败,根据预先设定的规则,进行处理。其结果是极大的提高了二层表的表项学习和查找的速率。
本发明采用{VLAN_ID+MAC}作为关键字进行学习和查找二层转发表的表项,并对关键字的运算采用并行冗余循环CRC-16的逻辑运算的方法,将二层转发表成若干区块的方法,因此,其优点在于使二层转发表具有独立的VLAN学习(IVL)功能,极大的提高了二层表的表项学习和查找的速率。使其达到在高速的以太网交换中能到达线速率学习和查找,同时内存空间的使用效率上也没有降低,并且使用{VLAN_ID+MAC}作为关键字进行学习和查找操作,使二层转发表具有独立的VLAN学习(IVL)功能,同时使其易于硬件实现。
附图说明
图1是传统的基于链表的学习和逐级查找转发表的方法示意图;
图2是本发明实施例的学习和查找二层转发表项的方法示意图;
图3是本发明实施例的学习和查找二层转发表项的方法流程图;
图4是本发明线速率学习和查找二层转发表项的系统方框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
图2是本发明的线速率学习和查找二层转发表项的方法示意图。如图2所示,当来自某个端口的数据包被接收到之后,获得其源MAC地址,在学习二层转发表项的过程中,本发明将以太网帧的48比特位的介质访问控制层的源MAC地址,加上12比特位的VLAN ID标识号,构造成一个60比特位的关键字,将此关键字进行冗余循环CRC-16的逻辑运算,逻辑运算后得到的16比特位结果作为索引值,此索引值对应二层转发表的区块地址,每个区块由8条表项组成,用于解决地址冲突的发生。将学习到的结果插入到索引值对应的区块中;而在查找二层转发表项的过程中,是将以太网帧的48比特位的介质访问控制层的目的MAC地址,加上12比特位的VLAN ID标识号,构造成一个60比特位的关键字,将此关键字进行与学习过程同样的行冗余循环CRC-16的逻辑运算,逻辑运算后得到的16比特位结果作为索引值,然后根据索引值查找二层转发表中的对应表项区块,并将此区块中有效的表项与给定的关键字作并行的比较,查找二层转发表中的相应表项。其中60比特位的关键字是由{VLAN_ID+MAC}构成,冗余循环CRC-16的逻辑运算采用的是64比特位的并行CRC-16运算,CRC-16的生成多项式为C(x)=x16+x12+x5+1。
在二层转发表的表项的学习和查找过程中,采用{VLAN_ID+MAC}作为关键字进行学习和查找二层转发表的表项,将二层转发表按需求的大小分成若干区块,每个区块由8条表项组成,将关键字逻辑运算的结果对应区块地址,与区块对应的有一个标记区块中存在的有效表项数目的标记表,标记表由寄存器类型组成,包括MAC地址、VLAN-ID和有效位。在二层表项的学习过程中,由关键字{VLAN_ID+MAC}经并行CRC-16的逻辑运算,得到区块的索引值,读取标记表中的8条,看标记表中有效的数目,V比特等于1,表示有效;等于0,表示无效,并将有效的{VLAN_ID+MAC}与给定的{VLAN_ID+MAC}作并行比较,看是否有相等的,如有,则将学的结果写入对应二层转发表的表现中,如没有,则将将给定的{VLAN_ID+MAC}写入到有效的数目加一对应的标记表的表项中,同时将学习到的结果写入到其对应的二层转发表的表项中;当查找时,根据索引值先一次读取对应的标记表中的8条,并将给定的{VLAN_ID+MAC}与标记表中有效的{VLAN_ID+MAC}作并行比较,看是否有相等的,如相等,则可将对应的二层转发表的表现读取,得到转发的出端口号,如不相等,则本次查找失败,根据预先设定的规则,进行处理。该方法的结果是极大的提高了二层表的表项学习和查找的速率。
本实施例中的二层转发表的表项数目最多可以有8×64K个,基于实际网络的特点和系统设备的性价比,可以将表项数目设置为8×16K个或8×8K个。
图3是本发明实施例的学习和查找二层转发表项的方法流程图。如图3所示,具体操作步骤包括:
A.二层转发表的生成过程,即学习过程中,将以太网帧的48比特位的介质访问控制层的源MAC地址(SA),加上12比特位的VLAN ID标识号,构造成一个60比特位的关键字,将此关键字进行并行的冗余循环CRC-16的逻辑运算,将得到的16比特位结果作为标记表中区块的索引值。
B.将标记表中有效的{VLAN_ID+MAC}与给定的{VLAN_ID+MAC}作并行比较,判断是否相等。
C.如相等,则将学的结果写入对应二层转发表的表现中,其中学习到的结果即源MAC地址对应的端口号。
D.如不相等,则将将给定的{VLAN_ID+MAC}写入到有效的数目加一对应的标记表的表项中,同时将学习到的结果写入到其对应的二层转发表的表项中。其中学习到的结果即源MAC地址对应的端口号。
E.在查找二层转发表项的过程中,是将以太网帧的48比特位的介质访问控制层的目的MAC地址(DA),加上12比特位的VLAN ID标识号,构造成一个60比特位的关键字,将此关键字进行与学习过程同样的并行冗余循环CRC-16的逻辑运算,将得到的16比特位结果作为标记表中区块的索引值。
F.根据索引值查找二层转发表中的与之对应的标记表的区块,读取对应的标记表中的表项,判断有效的表项数目是否为零,同时将给定的{VLAN_ID+MAC}与标记表中有效的{VLAN_ID+MAC}作并行比较,判断是否相等。
G.如有效的表项数目不为零,并且有相等的存在,则本次查找成功,可将对应的二层转发表的表现读取,从中得到转发的出端口号。
H.如有效的表项数目为零,或不为零但不相等,则本次查找失败,需依据预先设定的规则作另外的处理。
根据给定的源MAC地址和VLAN ID标识号,重复执行操作步骤A、B、C可线速率的完成二层转发表的表项自动学习操作;根据给定的目的MAC地址和VLAN ID标识号,重复执行操作步骤D、E、F、G可线速率的完成二层转发表的表项查找操作。步骤H中查找不成功,表示目前表项中没有与给定的关键字匹配相同的关键字存在,该查找不成功的后续操作,应预先设定其规则。
图4是本发明线速率学习和查找二层转发表项的系统方框图。如图4所示,根据线速率学习和查找二层转发表项的方法,本发明相应提供了一种线速率学习和查找二层转发表项的系统,包括输入单元、计算单元、逻辑运算单元、学习单元和查找单元,其中所述输入单元用于获取以太网帧的介质访问控制层的源MAC地址或目的MAC地址与VLAN ID标识号;计算单元用于将以太网帧的介质访问控制层的源MAC地址或目的MAC地址与VLAN ID标识号相加,构造成一个具有特定比特位的关键字;逻辑运算单元用于将所述关键字进行逻辑运算,逻辑运算后得到的结果作为索引值输入二层转发表学习单元和二层转发表查找单元;学习单元和查找单元用于根据所述索引值学习组成二层转发表和查找二层转发表。
本发明的线速率学习和查找二层转发表项的系统还包括标记表寄存器和比较控制单元,标记表寄存器包括MAC地址、VLAN-ID和有效位,比较控制单元在学习时,将关键字逻辑运算的结果与标记表中有效位的数目作并行比较,在查找时读取对应的标记表,并将给定的{VLAN_ID+MAC}与标记表中有效的{VLAN_ID+MAC}作并行比较。
Claims (9)
1、一种线速率学习和查找二层转发表项的方法,其特征在于所述方法包括:
将以太网帧的介质访问控制层的源MAC地址或目的MAC地址与VLAN ID标识号相加,构造成一个具有特定比特位的关键字;
将所述关键字进行逻辑运算,逻辑运算后得到的结果作为索引值,所述索引值对应二层转发表的区块地址,用于解决地址冲突;
根据所述索引值学习组成二层转发表和查找二层转发表。
2、如权利要求1所述的线速率学习和查找二层转发表项的方法,其特征在于:将所述二层转发表按需求分为若干区块,每个区块包括8条表项的空间,用于解决地址冲突的发生,二层转发表的区块地址与关键字进行逻辑运算得到的结果进行对应。
3、如权利要求1或2所述的线速率学习和查找二层转发表项的方法,其特征在于:所述的二层转发表的区块还包括每个区块中表项的有效标记,用于标记该区块中有效的表项数目。
4、如权利要求3所述的线速率学习和查找二层转发表项的方法,其特征在于:所述学习组成二层转发表的方法包括:
将以太网帧的介质访问控制层的源MAC地址,加上VLAN ID标识号,构造成一个特定长度比特位的关键字,将此关键字进行逻辑运算,将得到的结果作为标记表中区块的索引值;
将标记表中有效的{VLAN_ID+MAC}与给定的{VLAN_ID+MAC}作并行比较,判断是否相等;
若相等,则将学的结果写入对应二层转发表的表现中,其中学习到的结果即源MAC地址对应的端口号;
若不相等,则将给定的{VLAN_ID+MAC}写入到有效的数目加一对应的标记表的表项中,同时将学习到的结果写入到其对应的二层转发表的表项中,其中学习到的结果即源MAC地址对应的端口号。
5、如权利要求3所述的线速率学习和查找二层转发表项的方法,其特征在于:所述查找二层转发表的方法包括:
将以太网帧的介质访问控制层的目的MAC地址,加上VLAN ID标识号,构造成一个特定长度比特位的关键字,将此关键字进行与学习过程同样的逻辑运算,将得到的结果作为标记表中区块的索引值;
根据索引值查找二层转发表中的与之对应的标记表的区块,读取对应的标记表中的表项,判断有效的表项数目是否为零,同时将给定的{VLAN_ID+MAC}与标记表中有效的{VLAN_ID+MAC}作并行比较,判断是否有相等;
如有效的表项数目不为零,并且有相等的存在,则本次查找成功,可将对应的二层转发表的表现读取,从中得到转发的出端口号;
如有效的表项数目为零,或不为零但不相等,则本次查找失败,需依据预先设定的规则作另外的处理。
6、如权利要求4或5所述的线速率学习和查找二层转发表项的方法,其特征在于:对关键字进行逻辑运算是冗余循环CRC-16的逻辑运算。
7、如权利要求6所述的线速率学习和查找二层转发表项的方法,其特征在于:冗余循环CRC-16的逻辑运算是并行的CRC-16算法。
8、一种线速率学习和查找二层转发表项的系统,其特征在于包括:输入单元、计算单元、逻辑运算单元、学习单元和查找单元,其中所述输入单元用于获取以太网帧的介质访问控制层的源MAC地址或目的MAC地址与VLAN ID标识号;计算单元用于将以太网帧的介质访问控制层的源MAC地址或目的MAC地址与VLAN ID标识号相加,构造成一个具有特定比特位的关键字;逻辑运算单元用于将所述关键字进行逻辑运算,逻辑运算后得到的结果作为索引值输入二层转发表学习单元和二层转发表查找单元;学习单元和查找单元用于根据所述索引值学习组成二层转发表和查找二层转发表。
9、如权利要求8所述的线速率学习和查找二层转发表项的系统,其特征在于还包括标记表寄存器和比较控制单元,其中所述标记表寄存器包括MAC地址、VLAN-ID和有效位;所述比较控制单元在学习时将关键字逻辑运算的结果与标记表中有效的数目作并行比较,在查找时读取对应的标记表,并将给定的{VLAN_ID+MAC}与标记表中有效的{VLAN_ID+MAC}作并行比较。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20070613 |